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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Impfstoffe gegen durch Pathogene
der Gattung Mycoplasma verursachte Infektionen, insbesondere Bacterine,
die sich als prophylaktische Mittel zur Hemmung einer Infektion durch
Mycoplasma, insbesondere Mycoplasma hyopneumoniae, eignen.
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Technischer Hintergrund
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Mycoplasma
hyopneumoniae ist ein sehr verbreitetes Schweine-Atemwegs-Pathogen,
das Mycoplasmapneumonie beim Schwein (MPS) verursacht. MPS tritt
weltweit auf und wird als eine der häufigsten und ökonomisch
bedeutendsten Schweinekrankheiten angesehen. Die Übertragung
von M. hyopneumoniae erfolgt offensichtlich durch direkten Kontakt
mit infizierten Ausscheidungen oder feinteiligen Tröpfchen des
Atemwegs. Der Mikroorganismus ist als Primärpathogen im enzootischen Pneumonie-Komplex
identifiziert worden. Nach Schätzungen
verursacht diese Krankheit Kosten, die jährlich 100 Millionen $ übersteigen,
hauptsächlich aufgrund
ihrer nachteiligen Wirkungen auf die betroffenen Tiere.
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Eine
M. hyopneumoniae-Infektion führt
zu einer chronischen Infektion, die einen bleibenden Husten ohne
Auswurf und verkümmertes
Wachstum verursacht, was bei Schweinen im "Wachstums- und Reife-Stadium", d.h. 6 Wochen oder älter, zu
sichtbaren Krankheitssymptomen führt.
Im Alter von 4 bis 6 Monaten kann bei dem infizierten Tier eine
schwere Lungenschädigung
und/oder der Tod eintreten. Da die meisten natürlich auftretenden. MPS-Fälle Mischinfektionen
sind, die Mycoplasmen, Bakterien, Viren und Parasiten umfassen, ist
der Tod des Tieres meistens auf sekundäre bakterielle, virale oder
andere pathogene Infektionen zurückzuführen.
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In
den 25 Jahren seit der 1965 gemachten Entdeckung, daß Mycoplasmen
die Erreger der enzootischen Pneumonie sind, haben die Forscher
verschiedene Möglichkeiten
zur Bekämpfung
und Behandlung dieser Krankheit sowie zur Entwicklung eines risikolosen
und wirksamen Impfstoffes gegen Mycoplasma hyopneumoniae untersucht.
Ein durch potentielle Impfstoffe bewirkter Schutz vor einer Infektion
wird vorzugsweise durch die Verringerung der Anzahl von Läsionen aufweisenden
Lungenlappen, die Verringerung des prozentualen Anteils von Läsionen aufweisenden
Lungenlappen, die Verringerung der durchschnittlichen ermittelten
Anzahl von Lungenläsionen,
die Verringerung der ermittelten Anzahl mikroskopischer Läsionen und
die Linderung einer M. hyopneumoniae-Infektion, die mit Hilfe eines
Fluoreszenz-Antikörper-Tests
ermittelt wird, bestimmt.
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Mehrere
untersuchte Impfstoffe haben keine optimalen Ergebnisse gezeitigt.
Untersuchungen haben gezeigt, daß sich im Verlauf einer experimentell
hervorgerufenen MPS eine starke Immunität entwickelte. Bei Verabreichung
von pneumonischem Lungengewebe als Antigen werden die Tiere jedoch
noch empfänglicher für eine Infizierung.
Es hat sich gezeigt, daß mit
Formalin behandelte M. hyopneumoniae-Kulturen keine Schutzwirkug
ausüben
[vgl. z.B. auch C. A. Brandly et al. (Herausgeber), "Advances in Veterinary
Science and Comparative Medicine",
Bd. 17 (1973), Academic Press, NY, und darin aufgeführte Literaturstellen;
R. F. W. Goodwin et al., A. Hyg. Camb. 67 (1969), 465]. Es hat sich
gezeigt, daß M.
hyopneumoniae-Extrakte in Ether oder Natriumdodecylsulfat (SDS)
und ein einem wiederholten Einfrierungs-Auftauungs-Vorgang unterworfenes
Produkt signifikanten Schutz gegen eine Infizierung mit Lungenhomogenat
bieten [K. M. Lam et al., Am. J. Vet. Res. 32 (1971), 1737].
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G.
Christianson et al., (Chemical Abstracts (1980), Abstract-Nr. 199756)
offenbaren, daß es
nicht durchweg gelang, mit binärem
Ethylenimin Mycoplasma-Verunreinigungen in Seren zu inaktivieren.
FR-A-2 073 358 offenbart polyvalente Impfstoffe und Verfahren für ihre Herstellung.
Im Stand der Technik einschließlich
FR-A-2 073 358 und Chemical Abstracts (1980), Abstract-Nr. 19975p
ist kein Impfstoff-Bestandteil offenbart, der mit binärem Ethylenimin
inaktiviertes M. hyopneumoniae in einer Dosierung von mindestens
5 × 108 CCU umfaßt, und in einem gegen M. hyopneumoniae
geimpften Schwein eine Immunreaktion hervorrufen kann.
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Bei
Injektion in die Brustdrüse
führten
mit Ultraschall behandelte M. hyopneumoniae-Zellen in Tween 80 und
Paraffinöl
zu guten indirekten Hämagglutinations(IHA)-Titern
im Blut, Kolostrum und in der Milch [S. Durisic et al., Acta Vet.
Beograd) 25 (4) (1975), 189–194].
Es hat sich gezeigt, daß Präparate aus
ganzen Zellen und zellfreie Überstände nur
eine teilweise Schutzwirkung ausüben
[R. F. Ross et al., Am. J. Vet. Res. 45 (10) (1984), 1899]. Plasmamembranen
aus mittels Ultraschall aufgeschlossenen Zellen, denen Al2(OH)3 oder Agarose
als Adjuvans zugegeben worden war, boten guten passiven Schutz [M.
Kobisch et al., Ann. Inst. Pasteur/Immunol. 138 (1987), 693–705].
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Es
zeigte sich auch, daß ein
lebender avirulenter LKR-Stamm von M. hyopneumoniae bei Schweinen guten
Schutz gegen eine Infektion mit einem virulenten M. hyopneumoniae-Stamm bot [L. C.
Lloyd et al., Abstract 4593 in: Bacteriology and Bacterial Diseases,
aus Australian Vet. J. 66 (1) (1989), 9–12].
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Eine
M. hyopneumoniae-Infektion wird derzeit z.T. mit verschiedenen Antibiotika-Klassen,
wie Tetracyclin, Lincomycin und Tiamulin, bekämpft. Antibiotika besitzen
jedoch nur beschränkten
therapeutischen Wert, weil sie die Etablierung einer Infektion nicht
verhindern und sich nach Beendigung der Behandlung Lungenläsionen entwickeln
können.
Die Auswahl eines geeigneten Antibiotikums wird auch durch das Vorhandensein
sekundärer
Pathogene erschwert [R. Landon, Topics in Vet. Med. 1(1) (1990),
14–21].
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Andere
Verfahrensweisen, die derzeit zur Verminderung der Auswirkungen
chronischer durch M. hyopneumoniae verur sachte Atemwegskrankheiten
verwendet werden, sind die Minimalkrankheits-Systeme, wie das schwedische
System und das britische System und der ausschließliche Einsatz älterer Muttertiere
zur Fortpflanzung. Empfohlen werden die Minimierung von Streß, optimale
Betriebsbedingungen und Produktionssysteme, die die vollständige Zugabe
und die vollständige
Entnahme umfassen (all-in, all-out systems of production).
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Auf
dem Fachgebiet besteht ein Bedarf an einem wirksamen Impfstoff gegen
M. hyopneumoniae, der Schutz gegen eine M. hyopneumoniae-Infektion
verleiht und die Erkrankungshäufigkeit
und Sterblichkeit durch sekundäre
Atemwegs-Pathogene,
wie Pasteurella multocida, vermindert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die sich zur
Impfung von Schweinen gegen Mycoplasma hyopneumoniae eignet. Diese
Zusammensetzung umfaßt
inaktivierte M. hyopneumoniae-Organismen in einem pharmazeutisch
verträglichen
Medium, wobei die Organismen in einer Menge vorhanden sind, die
ausreicht, in Schweinen eine immunologische Reaktion auszulösen, die
Schutz gegen eine M. hyopneumoniae-Infektion bietet.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Impfstoff-Zusammensetzung, die die vorstehend erwähnte inaktivierte
M. hyopneumoniae-Zusammensetzuung in Kombination mit weiteren Impfstoff-Bestandteilen
einschließlich
eines oder mehrerer Bestandteile umfaßt, die nach Infektion mit
P. multocida oder anderen für
das Schwein infektiösen
Erregern Schutz gegen Rhinitis atrophica bieten können. Solche
Impfstoffe können
immunogene Mengen eines oder mehrerer der folgenden Impfstoff-Bestandteile
umfassen: ein stabiles, lösliches,
zellfreies Toxoid von P. multocida, ein ganzes Pasteurella multocida-Bacterin
mit zellgebundenem Toxoid, ein B. bronchiseptica-Bacterin oder einen
Erysipelothrix rhusiopathiae-Bacterinextrakt, ein Actinobacillus
pleuropneumoniae-Bacterin, ein Haemophilus parasuis-Bacterin und/oder
virale Impfstoff-Bestandteile, wie von einem Pseudorabies-Virus.
Den erfindungsgemäßen Impfstoff-Zusammensetzungen
können
auch andere herkömmliche
Impfstoff-Bestandteile zugegeben werden. Noch ein anderer Aspekt
der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Produktion
der vorstehend beschriebenen Impfstoff-Bestandteile. Der M. hyopneumoniae-Impfstoffbestandteil
wird über
eine Reihe von Schritten hergestellt, umfassend die Vorbehandlung
des Kulturmediums mit Ionenaustauscherharzen, wie Amberlite-Harz,
die Erhöhung
des Gehaltes der beimpften Kultur an gelöstem Sauerstoff auf 20% bis
40% und die Inaktivierung der Kultur mit einem ausgewählten Inaktivierungsmittel.
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Noch
ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren
zur Erhöhung
der Resistenz des Schweines gegen eine M. hyopneumoniae-Infektion,
das die Verabreichung einer wirksamen Menge der erfindungsgemäßen Impfstoff-Zusammensetzungen
an Schweine umfaßt.
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Noch
ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren
zum Schutz von Schweinen gegen eine M. hyopneumoniae-Infektion und
andere pathogene Infektionen, das die aufeinanderfolgende oder gleichzeitige
Verabreichung einer wirksamen Menge des M. hyopneumoniae-Impfstoffes
und eines oder mehrerer Impfstoffe umfaßt, die ein weiteres, z.B.
aus den vorstehend genannten Pathogenen stammendes Antigen, enthalten.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden
genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt Impfstoff-Bestandteile, Impfstoff-Formulierungen
und Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung bei Schweinen
zur Unterstützung
bei der Vorbeugung einer M. hyopneumoniae-Infektion bereit. Die
erfindungsgemäßen Impfstoff-Bestandteile
und Impfstoffe verleihen Schutz gegen eine Infektion sowohl durch
einen Wild typ-Stamm als auch durch andere bekannte virulente Stämme von
M. hyopneumoniae. Erfindungsgemäße Ausführungsformen
können
auch die durch sekundäre
Atemwegs-Pathogene, wie Pasteurella multocida, hervorgerufene Erkrankungshäufigkeit
und Sterblichkeit verringern.
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Mycoplasma
hyopneumoniae-Stämme,
die sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Impfstoffe eignen, können aus
Schweinen isoliert werden, die mit einem Wildtyp-Stamm oder anderen
bekannten Stämmen
infiziert sind, die beim Schwein Mycoplasmapneumonie verursachen.
Für die
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
können
sich auch andere bekannte, sowohl virulente als auch nicht-virulente
M. hyopneumoniae-Stämme
eignen. Nützliche
Stämme
können
aus kommerziellen oder wissenschaftlichen Sammlungen, wie der American
Type Culture Collection in Rockville, Maryland, USA, bezogen werden.
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Ein
erfindungsgemäßer Impfstoff-Bestandteil
kann hergestellt werden, indem ein ausgewählter M. hyopneumoniae-Anzuchtstamm
in ein Medium überimpft
wird, das das Wachstum von Mycoplasma, insbesondere M. hyopneumoniae,
unterstützen
kann. Ein ausgewähltes
Kulturmedium kann Medien umfassen, die dem Fachmann zur Vermehrung
von Mycoplasma bekannt sind, wie das in Freundt (vorstehend zitiert)
beschriebene Medium und andere im Stand der Technik beschriebene
Medien. Eine besonders wünschenswerte
Formulierung für
Medien zur Züchtung
von M. hyopneumoniae ist nachstehend in Beispiel 1 beschrieben und
umfaßt PPLO-Nährlösung, Hefe-Extrakt,
hitzeinaktiviertes Serum, Cysteinhydrochlorid, Dextrose, ein Antibiotikum
zur Hemmung von bakteriellem Wachstum und ein fakultatives Mittel,
das Wachstum anzeigt und einer übermäßigen Veränderung
des pH-Wertes vorbeugt, z.B. Phenolrot.
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Vorzugsweise
wird das ausgewählte
Medium mit einem Anionen-Austauscherharz wie Amberlite (Chlorid-Form)-Harz
vorbehandelt. Man nimmt an, daß dieser
Schritt das Wachstum der Organismen verbessert, indem Hemmstoffe
entfernt werden. Andere herkömmliche
Verfahren wie Gelfiltration können
sich in diesem Vorbehandlungsschritt auch als nützlich erweisen. Dieser Vorbehandlungsschritt
wird vorzugsweise bei der Nähr lösung angewandt,
bevor andere Medienbestandteile zugegeben werden und die Beimpfung
erfolgt. Die Behandlung mit dem Ionen-Austauscherharz kann ein bis
vier Stunden in einer Menge von 500 g/10 Liter Nährlösung erfolgen.
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Sobald
das Medium vorbehandelt ist, wird es mit einer Suspension des ausgewählten M.
hyopneumoniae-Stammes beimpft, vorzugsweise in einer Animpfdichte
von 5%–20%.
Danach wird die Kultur bei einer Temperatur von etwa 30°C bis 40°C inkubiert.
Bevorzugter ist ein Temperaturbereich von 35°C bis 38°C, wobei 37°C besonders bevorzugt sind.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird der Gehalt der Kultur an gelöstem Sauerstoff auf eine Konzentration
von 20% bis 40% Sättigung
angehoben. Ein bevorzugter Sauerstoff-Gehalt der Kultur während der
Inkubation liegt bei etwa 25%. Kulturen, deren Gehalt an gelöstem O2 größer als
20% ist, erzeugen höhere
Titer der Organismen. Eine Erhöhung
des Gehaltes an gelöstem
Sauerstoff wird mit Hilfe von auf dem Fachgebiet üblichen
Mitteln erreicht, wie Belüftung
mit steriler Luft und Rühren.
Man nimmt an, daß durch diesen
bestimmten Schritt bei der Züchtung
des Impfstoff-Bestandteils die M. hyopneumoniae-Titer erhöht werden.
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Der
pH-Wert der Kultur wird bei einem neutralen bis schwach alkalischen
Wert gehalten. Wünschenswerterweise
wird der pH-Wert der Kultur bei 6,2 bis 7,9 gehalten. Ein bevorzugterer
pH-Bereich liegt bei 7,0 ± 0,5.
Der gewünschte
pH-Wert kann im
Bedarfsfall durch Zugabe von sterilem NaOH aufrechterhalten werden.
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Die
Kulturen werden 36 bis 168 Stunden inkubiert. Vorzugsweise dauert
der Inkubationszeitraum 36 bis 96 Stunden, bis ein Mindesttiter
von 1 × 108 farbverändernden
Einheiten (CCU) in flüssigem
Titrationsmedium [A. W. Rodwell und R. H. Whitcomb, in: Methods
in Mycoplasmology (Herausgeber Shmuel Razin und Joseph G. Tolley),
Bd. 1, Abschnitt 14 (1983)] erreicht ist. Bevorzugter beträgt der Titer
mindestens 5 × 108 CCU/ml und kann bis zu 5 × 1010 CCU/ml betragen, wie mittels eines CCU-
oder ELISA-Testes bestimmt.
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Am
Ende des Züchtungszeitraumes
werden die Organismen durch Zugabe eines bekannten inaktivierenden
Mittels inaktiviert. Ein solches bevorzugtes inaktivierendes Mittel
ist binäres
Ethylenimin (BEI). Andere inaktivierende Mittel können beispielsweise
Formaldehyd oder Glutaraldehyd sein. Das inaktivierende Mittel wird
in einer Menge von etwa 4,0 mM zugesetzt. Sobald das inaktivierende
Mittel zugesetzt ist, wird die Kultur wiederum unter Rühren mindestens
24 Stunden inkubiert.
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Das
inaktivierende Mittel kann mit Hilfe herkömmlicher Mittel entfernt oder
neutralisiert werden. Die Kultur wird wiederum mindestens 24 Stunden
inkubiert, um die Neutralisierung des inaktivierenden Mittels abzuschließen. Sobald
der Impfstoff-Bestandteil inaktiviert ist, kann er als Impfstoff
zur Verabreichung an Tiere formuliert werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch Impfstoff-Bestandteile, die
sich in Kombination mit dem vorstehend beschriebenen M. hyopneumoniae-Impfstoff-Bestandteil
verwenden lassen. Impfstoff-Bestandteile einschließlich inaktivierter
Bacterine oder aufgereinigter Toxoide von einem oder mehreren Pathogenen,
wie Pasteurella multocida, Streptococcus suis, Actinobacillus pleuropneumoniae,
Haemophilus parasuis, Bordetella bronchiseptica, Salmonella choleraesuis
und Ascaris-Larven, können
auch zusammen mit den vorstehend beschriebenen Impfstoff-Bestandteilen
in Kombinations-Impfstoffen oder bei therapeutischen Verfahren eingesetzt
werden, die eine schrittweise oder gleichzeitige gemeinsame Verabreichung
umfassen. Ein solcher Kombinations-Impfstoff kann durch Mischen
einer immunogenen Menge des vorstehend beschriebenen inaktivierten
M. hyopneumoniae und einer immunogenen Menge eines Bacterins oder
Toxoids eines anderen Pathogens mit geeigneten Adjuvantien und physiologischen
Vehikeln zur Verabreichung per injektionemn an Säuger hergestellt werden. Bei
einer Therapie, die eine gemeinsame Verabreichung von Impfstoffen
umfaßt,
können ein
oder mehrere der vorstehend erwähnten
Antigene eingesetzt werden, die als einzelne Impfstoffe formuliert sind.
Der M. hyopneumoniae-Impfstoff und weitere ausgewählte Impfstoffe
können über die
gleichen Verabreichungswege verabfolgt werden, wobei zur Verabreichung
unterschiedliche Stellen verwendet werden. Die Verabreichung kann
schrittweise oder gleichzeitig erfolgen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
solcher Kombinationsimpfstoffe oder solcher Therapien, die die gemeinsame
Verabreichung von Impfstoffen beinhalten, umfassen immunogene Mengen
eines oder mehrerer der folgenden Impfstoff-Bestandteile: ein stabiles,
lösliches,
zellfreies Toxoid von P. multocida, ein ganzes Pasteurella multocida-Bacterin
mit zellgebundenem Toxoid, ganze P. multocida-Zellen vom Typ A und
Typ D, ein B. bronchiseptica-Bacterin oder einen Erysipelothrix
rhusiopathiae-Bacterinextrakt.
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Zusätzliche
Impfstoff-Kombinationen mit dem erfindungsgemäßen M. hyopneumoniae-Bestandteil können die
Antigene Actinobacillus pleuropneumoniae, Haemophilus parasuis und
Pseudorabies-Virus umfassen. Diese zusätzlichen Bestandteile eignen
sich zur Impfstoff-Formulierung oder Therapie für entwöhnte Schweine, vorzugsweise
zur Verabreichung frühestens
im Alter von 3 bis 6 Wochen.
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Beobachtungen
im Falle von mindestens einer Infizierung ergaben, daß bei der
gemeinsamen Verabreichung von einem den M. hyopneumoniae-Impfstoff-Bestandteil
enthaltenden Impfstoff und einem zweiten Impfstoff, der einen vorstehend
erwähnten
P. multocida Impfstoff-Bestandteil enthielt, der M. hyopneumoniae-Impfstoff
keine immunsupprimierenden Wirkungen bei den Tieren hervorrief,
wie mittels Serokonversions-Reaktionen bestimmt.
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Erfindungsgemäße Impfstoffe
können
als pharmazeutische Zusammensetzungen hergestellt werden, die eine
wirksame immunogene Menge des inaktivierten Organismus als Wirkstoff
in einem nicht-toxischen und sterilen pharmazeutisch verträglichen
Träger
enthalten. Ein solcher Impfstoff kann den vorstehend beschriebenen
inaktivierten Impfstoff-Bestandteil umfassen, der mit Konservierungsmitteln
und Emulgiermitteln nach eigener Wahl gemischt ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann inaktiviertes M. hyopneumoniae mit einem herkömmlichen
Adjuvans gemischt oder daran adsorbiert werden. Das Adjuvans wird
als nicht-spezifisches Reizmittel zur Anregung von Leukozyten oder
zur Verbesserung einer Immunreaktion verwendet. Solche Adjuvantien
umfassen u.a. Amphigen, Mineralöl
und Lecithin, Aluminiumhydroxid, Muramyl-Dipeptid und Saponine wie
Quil A.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Impfstoffes
enthält
eine wäßrige Suspension
oder Lösung,
die den inaktivierten M. hyopneumoniae-Stamm P-5722-3 enthält und vorzugsweise
bei einem physiologischen pH-Wert gepuffert ist, und in einer zur
Injektion: fertigen Form vorliegt.
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Vorzugsweise
liegt der erfindungsgemäße Impfstoff
in einem pharmazeutischen Präparat
in Einheitsdosis-Formen vor. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung beträgt die gewünschte immunogene Menge inaktivierter
Organismen bei Verabreichung als einziger Wirkstoff 5 × 108 CCU bis 5 × 109 CCU.
Der erfindungsgemäße Impfstoff
wird vorzugsweise in zwei 2 ml-Dosen verabreicht, wobei jede Dosis
den gewünschten
Titer enthält.
Vorzugsweise werden die Dosen im Abstand von zwei Wochen verabreicht.
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Eine
Primärimmunisierung
von Jungschweinen sollte im Alter von etwa einer Woche eingeleitet
werden, wobei 2 wochen später
eine Auffrischungsdosis verabreicht wird. Zur Primärimmunisierung
trächtiger Schweine
werden zwei Dosen im Abstand von etwa vier Wochen empfohlen, wobei
die letzte Dosis zwei Wochen vor dem Werfen verabreicht wird. Vor
jedem nachfolgenden Werfen wird eine Auffrischungsdosis empfohlen.
Bei Ebern wird eine halbjährliche
Impfung empfohlen.
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Vorzugsweise
liegt der erfindungsgemäße Impfstoff
in einem pharmazeutischen Präparat
in Einheitsdosis-Formen vor. Die Dosierungsformen enthalten vorzugsweise
etwa 2 ml. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung beträgt eine immunogene Menge von
inaktiviertem M. hyopneumoniae bei Verabreichung als einziger Wirkstoff
5 × 108 CCU bis 5 × 109 CCU
pro Dosis. Bei einer Impfstoff-Zusammensetzung, die weitere antigene
Bestandteile enthält,
kann die gleiche immunogene Menge oder eine geringere Menge von
M. hyopneumoniae eingesetzt werden.
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Auf
der Basis der vorstehend erwähnten
immunogenen Mengen, des zu behandelnden Zustandes und der physiologischen
Merkmale des Tieres kann der Fachmann leicht andere geeignete therapeutisch
wirksame Dosen ermitteln. In Gegenwart weiterer Wirkstoffe können diese
Einheitsdosen leicht durch den Fachmann geändert werden. Ein gewünschtes
Dosierungsschema umfaßt
die Verabreichung von ein oder zwei Dosen einer gewünschten
Impfstoff-Zusammensetzung, wobei der Antigen-Gehalt jeder Fraktion
wünschenswerterweise so
ist, wie vorstehend angegeben. Die Verabreichung kann natürlich im
Bedarfsfall oder auf Wunsch in geeigneten Abständen wiederholt werden.
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Die
Verabreichung kann in jeder Darreichungsform erfolgen, durch die
der Impfstoff in den Körper
gelangt. Der Impfstoff wird jedoch vorzugsweise mittels intramuskulärer Injektion
verabreicht. Andere Verabreichungsformen können auf Wunsch auch eingesetzt
werden, wie die subkutane, intradermale, intraperitoneahe oder intranasale
Verabreichung.
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Die
folgenden erfindungsgemäßen Beispiele
dienen nur zur Veranschaulichung und sollen die Erfindung nicht
beschränken.
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Beispiel 1
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Vermehrung und Züchtung von
M. hyopneumoniae
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Der
M. hyopneumoniae-Stamm P-5722-3 wurde freundlicherweise von Dr.
Charles Armstrong, Purdue University, zur Verfügung gestellt. Der Stamm wurde
bei American Type Culture Collection unter der Eingangs-Nr. 55052
hinterlegt. Dieser Stamm ist immunchemisch und biochemisch dadurch
gekennzeichnet, daß er
Mannose-positiv, Arginin-negativ und Urease-negativ ist. Der Stamm
ist positiv hinsichtlich einer Wachstumshemmung durch gegen M. hyopneumoniae
gerichtetes Antiserum und reagiert im direkten Fluoreszenz-Antikörper-Test mit einem gegen
M. hyopneumoniae gerichteten Fluo rescein-konjugierten Antikörper positiv.
Dieser Stamm wurde vermehrt, wie nachstehend beschrieben.
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Nach
dem folgenden Verfahren wurde ein Kulturmedium hergestellt. Eine
83%ige PPLO-Nährlösung ohne
Kristallviolett [Difco Laboratories, Detroit, Michigan] wurde durch
ein- bis vierstündige
Behandlung der Nährlösung mit
einem Anionen-Austauscherharz [Amberlite®, Sigma
IRA400 – Chloridform]
in einer Menge von 500 g Harz für
jeweils zehn Liter Nährlösung konditioniert.
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Durch
Zugabe von 500 g aktiver Hefe-Körnchen
zu drei Litern destilliertem oder deionisiertem Wasser unter Rühren bei
Raumtemperatur wurde ein Hefe-Extrakt hergestellt. Nach gründlichem
Mischen wurde die Suspension weitere 15–45 Minuten gerührt und
danach wurden tröpfchenweise
16,2 ml 10 N NaOH zugegeben. Der Brei wurde danach 15–45 Minuten
bei 121°C
autoklaviert. Der Überstand
wurde in einen Behälter abgegossen
und entweder mittels Zentrifugation oder mittels Mikrofiltration
geklärt.
Zu dem geklärten Überstand
wurde 1 N NaCl in einer Menge von 2 ml pro 100 ml Extrakt zugegeben.
Der Extrakt wurde mindestens 15 Minuten bei Raumtemperatur gerührt und
dann wie vorstehend beschrieben geklärt. Der geklärte Überstand
wurde wie vorstehend beschrieben durch Autoklavieren oder durch
Mikrofiltration sterilisiert.
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Zu
der vorbehandelten Nährlösung wurden
die folgenden Medienbestandteile zugegeben: 0,01% Thalliumacetat,
0,005% Ampicillin, 0,0125% Cysteinhydrochlorid, 6,25% Hefe-Extrakt,
1% Dextrose, 10% hitzeinaktiviertes Schweine-Serum (Gibco) und gegebenenfalls
0,0026% Phenolrot. Der pH-Wert des Kulturmediums wurde auf 7,5 ± 0,2 eingestellt
und sterilfiltriert.
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Zur
Serienproduktion wurde eine eingefrorene M. hyopneumoniae-Anzuchtkultur
aufgetaut und eine 5%ige–20%ige
Suspension wurde in 100 ml–3000
ml vorstehend beschriebenes Kulturmedium überimpft. Die Kultur wurde
36 bis 168 Stunden bei 30°C
bis 39°C
inkubiert. Nach zufriedenstellendem Wachstum wurde die Kultur in
einen Anzuchtbehälter
mit frischem Medium überführt, wobei
ein 5%iges–20%iges
Inoku lum verwendet wurde. Diese Kultur wurde 36 bis 96 Stunden bei
37°C ± 1°C inkubiert.
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Produktionskulturen
von M. hyopneumoniae werden in Fermentatoren gezüchtet, wobei nach Beimpfung
eine 36- bis 96-stündige
Inkubation bei 37°C ± 1°C erfolgt.
Der Gehalt der Kultur an gelösten
Sauerstoff wird durch Belüftung
mit steriler Luft und Rühren
zwischen 20%–40%
gehalten. Zur Schaumkontrolle kann ein steriles Schaumverhütungsmittel
verwendet werden.
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Am
Ende des Züchtungszeitraumes
wurde der pH-Wert der Kultur auf 7,6 ± 0,2 erhöht und etwa eine Stunde in
diesem Bereich gehalten. Zur Inaktivierung des Organismus wurde
eine sterilfiltrierte wäßrige Lösung von
2-Bromethylaminhydrobromid (BEA) bis zu einer Endkonzentration von
etwa 4,0 mM zugegeben. BEA wird bei dem erhöhten pH-Wert der Kultur in
das inaktivierende Mittel binäres
Ethylenimin (BEI) umgewandelt. Die Kultur wurde unter ständigem Rühren mindestens
24 Stunden bei 37°C ± 1°C inkubiert.
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Nach
der 24-stündigen
Inkubation wurde eine sterilfiltrierte wäßrige Lösung von Natriumthiosulfat,
einem Standard-Neutralisierungsmittel, bis zu einer Endkonzentration
von etwa 4 mM zugegeben, um überschüssiges BEI
zu neutralisieren. Die Kultur wurde weitere 24 Stunden bei 37°C ± 1°C inkubiert,
um die Inaktivierung zum Abschluß zu bringen.
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Beispiel 2
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Herstellung eines Impfstoffes
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Nach
Inaktivierung des Impfstoff-Bestandteils von Beispiel 1 wurde ein
Impfstoff formuliert, indem zu dem inaktivierten M. hyopneumoniae
mehrere herkömmliche
Impfstoff-Bestandteile
zugegeben wurden. Eine ausreichende Menge inaktiviertes M. hyopneumoniae
wurde mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung als Verdünnungsmittel
kombiniert, wobei eine Antigen-Minimal-Konzentration von 5 × 108 CCU und eine Maximalkonzentration von 5 × 109 CCU M. hyopneumoniae pro 2 ml-Dosis erhalten wurde.
Als Konservierungsmittel wurden eine sterile 10%ige Merthiolat-Lösung und
eine sterile 10%ige Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, Dinatrium- oder
Tetranatriumsalz)-Lösung
zugegeben. Als Adjuvans wurde steriles Mineralöl [Drakeol] zugegeben, das
5 Gew.-% bis 40 Gew.-% Lecithin (Central Soya) enthielt. Als Emulgiermittel
wurden Tween 80 bis zu einer Endkonzentration von 0,7% bis 3,2%
und Span bis zu einer Endkonzentration von 0,3% bis 1,8% zugegeben.
Als zusätzliche
Konservierungsmittel für
das Öl
und die Emulgiermittel können
ausgewählte
Parabene (Methyl-p-hydroxylbenzoat,
Propyl-p-hydroxylbenzoat, Butyl-p-hydroxybenzoat) zugegeben werden.
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Beispiel 3
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Immunisierungsexperimente
mit Impfstoffen
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Zur
Beurteilung der Schutzfähigkeit
eines mit einem Adjuvans versetzten inaktivierten M. hyopneumoniae-Impfstoffes
beim Schwein wurden zwei getrennte Impfungsexperimente zum Zwecke
einer Immunisierung durchgeführt.
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33
gekreuzte, sechseinhalb Wochen alte Schweine aus einer geschlossenen,
von Atemwegskrankheiten freien Herde wurden in eine nicht-geimpfte
infizierte Kontrollgruppe (Gruppe 1), zwei geimpfte infizierte Gruppen
(Gruppen 2 und 3) und eine nicht-geimpfte, nicht-infizierte Gruppe
(Gruppe 4) aufgeteilt.
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Die
Tiere der Gruppe 2 erhielten den in Beispiel 1 beschriebenen Impfstoff,
wobei allerdings die M. hyopneumoniae-Kultur nicht mit BEI sondern
mit 0,3% Formalin inaktiviert wurde, und die Tiere der Gruppe 3 erhielten
den in Beispiel 1 beschriebenen Impfstoff, wobei in beiden Fällen eine
intramuskuläre
Verabreichung in 2 ml Dosen am Tag "0" und
am Tag "14" erfolgte. Beide
Impfstoffe enthielten inaktivierte ganze Zellen, die mit den gleichen
Adjuvantien versetzt waren und sich nur hinsichtlich des verwendeten
Inaktivierungsmittels unterschieden. Die Schweine in Gruppe 4 erhielten über den
gleichen Verabreichungsweg 6 ml-Dosen von Friis-Mycoplasma-Nährlösung, die
inkomplettes Freund-Adjuvans enthielt (Placebo).
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Pneumonie
wurde induziert, indem sieben Tage nach der zweiten Impfstoff-Dosis
eine intratracheale Inokulation der Schweine [Bentley, O. E., und
Farrington, D. O., Am. J. Vet. Res. 41 (1980), 1870] mit einer einzelnen
10 ml-Dosis von Lungen-Rohhomogenat durchgeführt wurde, das den M. hyopneumoniae-Stamm 232
(stammt vom Stamm 11) enthielt. Den Schweinen der Gruppe 4 wurden
10 ml Friis-Mycoplasma-Nährlösung verabreicht.
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Etwa
3 Wochen nach Verabreichung des infektiösen Materials wurde eine Nekropsie
durchgeführt.
Kriterien, die zur Bestimmung der Impfstoff-Wirksamkeit bei der
Prophylaxe einer M. hyopneumoniae-Erkrankung verwendet wurden, waren
(a) die Schwere klinischer Anzeichen, (b) makroskopische Pneumonie-Läsionen,
(c) mikroskopische Lösionen,
die typisch für
die Krankheit sind, und (d) eine Infektion von Lungengewebe, die
mittels Immunfluoreszenz ermittelt wurde [Amaneu, W. et al., Proceedings,
IPVS-Kongreß,
Kopenhagen, Dänemark,
(1980), S. 223].
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Wie
nachstehend in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, wiesen die Schweine
in den Gruppen 1 und 2 gewöhnlich
in etwas höherem
Maße Husten
auf als die Schwine in den Gruppen 3 und 4. Alle Schweine in der Gruppe
1 (Positivkontrolle) und die meisten Schweine in den Gruppen 2 und
3 (geimpft) wiesen Läsionen
auf. Keines der Schweine in der Gruppe 4 wies Läsionen auf. Die Anzahl von
Lungenlappen mit Läsionen
war bei Schweinen in der Gruppe 3 wesentlich geringer als bei Schweinen
in den Gruppen 1 und 2. Der wichtigste Befund war, daß der durchschnittliche
prozentuale Anteil von Lungen mit Pneumonie und die durchschnittliche Häufigkeit
von Lungen-Läsionen in
der geimpften Gruppe 3 signifikant geringer war als in Gruppe 1.
Zwischen der Gruppe 2 und Gruppe 1 gab es keine signifikanten Unterschiede
bezüglich
der Schwere der Pneumonie (Tabelle 1).
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In
allen Gruppen wiesen die meisten Schweine einige mikroskopische
Läsionen
auf. Die Schwere der mikroskopischen Läsionen war in den Gruppen 2,
3 und 4 signifikant geringer als in der Positivgruppe 1.
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Eine
Beurteilung der Lungen mittels Immunfluoreszenz offenbarte, daß 7 von
8 Schweinen in Gruppe 1 im Hinblick auf die Krankheit positiv waren.
Nur vier von zehn Schweinen bzw. drei von neun Schweinen waren in
den geimpften Gruppen 2 und 3 FA-positiv.
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Alle
Schweine in den Gruppen 2 und 3 hatten bis zum Zeitpunkt ihrer Infektion
hohe Titer Komplement-bindender (CF) Antikörper gegen M. hyopneumoniae
entwickelt. Bei Gruppe 2 wurde eine schnellere Entwicklung des positiven
CF-Antikörper-Status
beobachtet als bei Gruppe 3.
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Zusammengefaßt bot der
an die Schweine der Gruppe 3 verabreichte Impfstoff einen relativ
starken Schutz gegen eine intratracheale Infektion mit einem M.
hyopneumoniae-Lungenhomogenat.
Der Schutz zeigte sich durch eine verringerte Anzahl von Lungenlappen
mit Läsionen,
einen verringerten prozentualen Anteil von Lungen mit Läsionen,
ein verringertes Ausmaß der
durchschnittlichen Lungenläsionen,
ein verringertes Ausmaß mikroskopischer
Läsionen
und eine verringerte Anzahl von FA-positiven Schweinen.
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Im
zweiten Experiment wurde die Wirksamkeit des inaktivierten Impfstoffes
von Beispiel 1 bei Jungschweinen (in herkömmlicher Weise aufgezogen)
bestätigt,
die im Alter von 1 Woche und 3 Wochen geimpft wurden. Die experimentelle
Vorgehensweise und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.
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Beispiel 4
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Herstellung des Pasteurella
multocida-Toxoids für
einen Kombinations-Impfstoff
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Ein
weiterer Impfstoff-Bestandteil für
einen erfindungsgemäßen Kombinations-Impfstoff
kann das folgende P. multocida-Toxoid sein.
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A. Züchtung von P. multocida
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P.
multicida Typ D (Stamm 8) [Dr. Ross Cowart, University of Illinois,
Urbana, Illinois] wird einen Tag in einem modifizierten, chemisch
definierten synthetischen Medium subkultiviert. Das Medium ist von
Herriott et al. in J. Bact. 101 (1970), 513–516, beschrieben.
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Der
pH-Wert des fertigen Mediums wird mit sterilem NaOH auf 7,3 ± 0,2 eingestellt.
Zellen aus dieser Kultur werden in frisches synthetisches Medium überführt und
nach Züchtung
wird diese Kultur mit einem Stabilisierungsmittel für tiefe
Temperaturen kombiniert und bei –70°C aufbewahrt. Produktionskulturen
werden nach Inokulation 3 bis 24 Stunden bei etwa 36°C ± 1°C bis zur
Ernte inkubiert. Der Gehalt der Kultur an gelöstem Sauerstoff wird durch
Belüftung
mit steriler Luft und durch Rühren
aufrechterhalten. Eine sterile Lösung eines
Schaumverhütungsmittels
wird verwendet, um die Schaumbildung zu verringern. Der pH-Wert
der Kultur wird bei 7,3 ± 0,2
aufrechterhalten.
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Am
Ende des Wachstumszyklus werden die P. multocida-Kulturen untersucht und die Zelldichte
wird mittels Extinktion bei 650 nm bestimmt. Das Rühren wird
dann vermindert und die Belüftung
und die Kontrolle des pH-Wertes werden eingestellt.
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B. Vorbehandlung zur Entgiftung
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Nach
Züchtung
des Organismus wird der Kultur steriles Merthiolat in einer Menge
zugegeben, die weniger als 0,01% (Gew.-/Vol.) beträgt oder
diesem wert gleichkommt. Die Kulturflüssigkeiten können durch
geschlossene Verbindungselemente aseptisch in einen sterilen geschlossenen
Behälter überführt werden.
Der Behälter
ist durch geschlossene Anschlußstücke mit
einer Vorrichtung verbunden, die zur physikalischen Lyse von Zellen
und Freisetzung des Zellinhalts verwendet wird, z.B. einem "GAULIN"-laborhomogenisator
Modell 15 M.
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Bakterienzellen
in der Kulturflüssigkeit
werden durch kontinuierlichen Durchfluß durch die Druckkammer des
Homoge nisators lysiert. Dadurch werden die Zellen einem unmittelbaren
Druckabfall vom Anfangsdruck von 13790 kPa (2000 Psi) bis 34475
kPa (5000 Psi) bis zum Umgebungsdruck von 103,4 kPa (15 Psi) unterworfen.
Die lysierten Zellen werden aseptisch in einem anderen geschlossenen
Behälter
gelagert.
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Das
Lysat wird durch schrittweise Zentrifugation und/oder Filtration
durch Mikroporen aufgereinigt. Die geklärten Lösungen können vor oder nach der Sterilfiltration
konzentriert werden. Zur Verhinderung einer Zusammenlagerung der
konzentrierten Proteine werden vor dem Konzentrieren und der Sterilfiltration
Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA) in einer Menge bis zu einer Endkonzentration von 5 mM und
Glycerin in einer Menge bis zu einer Endkonzentration von 1,0% (Vol./Vol.)
zugegeben.
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C. Entgiftung
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Durch
das folgende Verfahren wird eine Entgiftung erreicht. Dem sterilen
Toxin wird steriles NaOH langsam und aseptisch zugegeben, wobei
der pH-Wert von seinem Anfangswert von etwa 7,0 auf einen Wert von
etwa 10,55 ± 0,10
erhöht
wird. Der pH-Wert wird etwa 7 Stunden bei diesem Wert aufrechterhalten.
Danach wird der pH-Wert durch langsame und aseptische Zugabe von
4 N steriler HCl auf 7,0 ± 0,2
eingestellt. Dieser pH-Wert der Flüssigkeiten wird 1 Stunde aufrechterhalten.
Während
des gesamten Verfahrens wird bei konstant aufrechterhaltener Temperatur
mit kontinuierlicher Geschwindigkeit gerührt.
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Dieses
Entgiftungsverfahren wird vorzugsweise insgesamt dreimal innerhalb
von 25 Stunden oder bis zum Abschluß der Entgiftung durchgeführt. Danach
wird das mit anderen Bestandteilen kombinierte und in Impfstoff-Zusammensetzungen
konfektionierte Toxoid bei 2°C
bis 7°C
aufbewahrt.
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Jedesmal,
wenn der pH-Wert etwa 7,0 ist, z.B. beim Ausgangs-pH-Wert und sobald
der pH-Wert auf etwa 7 eingestellt wird, werden Aliquots entnommen.
Die Rest-Toxizität
von jedem Aliquot wird bestimmt und als Maus-LD50 pro
ml angegeben. Nachdem der pH-Wert zuerst auf 10,55 eingestellt wurde,
ist etwa 25 Stunden später
ein Präparat
das einen Anfangswert von fast 2500 LD50 pro
ml aufwies, meistens vollständig
entgiftet, ohne daß der
bestimmbare Antigen-Gehalt nennenswert verringert ist.
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Beispiel 5
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Herstellung eines P. multocida-Bacteria-Toxoid-Impfstoffbestandteils
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Ein
erfindungsgemäßer Kombinations-Impfstoff
kann ein Bacterin-Toxoid von P. multocida umfassen, wobei das Toxoid
innerhalb der Bakterienzelle stabilisiert worden ist.
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Eine
Kultur vom P. multocida Typ D; Stamm 4677, wird in dem folgenden
Medium gezüchtet:
30 g tryptische Sojabohnen-Nährlösung ohne
Dextrose (Difco), 5 g Hefe-Extrakt (Difco), 4 g Dextrose, Auffüllen mit
deionisiertem Wasser auf 1 Liter, pH-Wert etwa 7, Sterilisation
durch Autoklavieren bei 121°C.
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Zur
Aufrechterhaltung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff bei etwa 35%
Sättigung
wird die Kultur durch Rühren
belüftet.
Die Temperatur wird bei 37°C
aufrechtgehalten und der pH-Wert wird durch die Zugabe einer 10
N NaOH-Lösung je
nach Bedarf bei 7 gehalten. Gegen Ende des exponentiellen Wachstums wird
die Belüftung
abgebrochen und die Kultur wird durch Zugabe einer Formaldehyd-Lösung (USP)
bis zu einer Endkonzentration von 0,5% (Vol./Vol.) inaktiviert.
Die Kultur wird dann vier Tage bei 37°C gehalten. Anstelle von Formaldehyd
können
andere inaktivierende Mittel verwendet werden, wie beta-Propiolacton,
Glutaraldehyd und binäres
Ethylenimin.
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Eine
Probe wird entnommen, um zu testen, ob die Inaktivierung vollständig ist,
indem die Probe Meerschweinchen verabreicht wird. 7 Tage nach einer
subkutanen Injektion von 4 ml Kulturvolumen sollten die Meerschweinchen
noch am Leben und gesund sein. Zu diesem Zeitpunkt ist das innerhalb
der Zellen befindliche Toxin vollständig in ein Toxoid umgewandelt,
das risikolos und sehr stabil ist und nach Injektion in Tiere die
Produktion neutralisierender Antitoxine induzieren kann.
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Die
inaktivierte Kultur wird zentrifugiert. Die sedimentierten Bakterien
werden in eine ausreichend große
Flüssigkeitsmenge
des Überstandes
gegeben, wobei eine Suspension mit einem OD-Wert (optische Dichte bei
625 nm, in einem Spectronic 20-Spektrophotometer bestimmt) von 4,2
erhalten wird. Dann wird die Suspension an 25% (Vol./Vol.) Al(OH)3-Gel
adsorbiert, als Konservierungsmittel wird 0,01% (Gew./Vol.) Thimerosol
zugegeben und der pH-wert wird auf 6,5 ± 0,2 eingestellt.
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Beispiel 6
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Experimente zur gleichzeitigen
Verabreichung von zwei Impfstoffen
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Es
wurde eine Untersuchung zur Bestimmung durchgeführt, ob sich der Impfstoff,
der den inaktivierten M. hyopneumoniae-Bestandteil von Beispiel
1 enthält,
nachteilig auf herkömmliche
Schweine-Impfstoffe auswirkt, die Impfstoffe aus ganzen Zellen von
Bordetella bronchiseptica, Erysipelothrix rhusipathiae und P. multocida
Typ A und D enthalten. Beide Impfstoffe wurden gleichzeitig über den
gleichen Darreichungsweg an unterschiedlichen Stellen verabreicht.
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Der
vorstehend erwähnte
M. hyopneumoniae-Impfstoff zeigte weder eine immunsupprimierende
Wirkung hinsichtlich der Reaktion der Tiere auf den anderen Impfstoff
noch störte
er diese negativ, wie mittels Serokonversion-Reaktionen bestimmt.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann das erfindungsgemäße M. hyopneumoniae-Bacterin
in Impfstoff-Zusammensetzungen mit solchen anderen Impfstoff-Bestandteilen
eingesetzt werden.
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Die
vorstehende genaue Beschreibung umfaßt zahlreiche Modifikationen
und Variationen der vorliegenden Erfindung, die für den Fachmann
wohl naheliegend sind. Beispielsweise kann der Fachmann nach Belieben
andere geeignete M. hyopneumoniae-Stämme oder Stämme für Kombinations-Impfstoffe oder
Impfstoff-Bestandteile, wie Adjuvantien, Konservierungsmittel und
dergleichen einsetzen. Der Schutzumfang der angefügten Patentansprüche umfaßt solche
Modifikationen und Veränderungen
der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
und Verfahren.